Вертикальные дрены. 
Изыскания и проектирование автомобильных дорог

Вертикальные дрены устраивают в слабых водонасыщенных грунтах для ускорения консолидации основания за счет сокращения пути фильтрации воды, отжимаемой из слабой толщи (рис. 11.4).

Вертикальные дрены эффективны в водонасыщенных органических и минеральных силыюсжимаемых грунтах при слое мощностью нс менее 4 м с коэффициентом фильтрации не менее 1 • 10^-4 м/сут.

Вертикальные дрены следует совмещать с временной пригрузкой, обеспечивающей необходимый гидравлический градиент и отжатис поровой воды из слабого слоя грунта.

Толщина пригрузочного слоя (при обеспеченной прочности основания) в этом случае определяется требованием создания напора поровой воды, величина которого по всей дренируемой толще в любой момент расчетного времени консолидации должна быть выше начального градиента фильтрации грунта, если грунт таковым обладает.

Формула расчета толщины пригрузочного слоя.

Рис. 11.4. Схема земляного полотна с вертикальными дренами.

где у_гр, у_в ^— плотность влажного грунта, используемого для пригрузки, и воды; d_e — эффективный диаметр дрены; Я_н — проектная высота насыпи, м; /₀ — начальный градиент фильтрации грунта с учетом уплотнения под весом насыпи (при отсутствии лабораторных данных принимают для торфа равным 2; для ила и глины — 5).

Вертикальные дрены бывают круглые песчаные или плоские из гсосинтстических материалов.

Песчаные дрены выполняют в виде скважин, заполняемых песком. Диаметр скважин может быть принят от 40 до 60 см с учетом технических параметров применяемого оборудования. Для заполнения вертикальных дрен применяют песок с коэффициентом фильтрации не менее 6 м/сут. Эффективность вертикальных дрен значительно повышается при добавке к материалу заполнения 5—18% (по массе) извести. При применении вертикальных дрен насыпь или ее нижнюю часть толщиной не менее 50 см следует устраивать из дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации не менее 3 м/сут.

В зависимости от водопроницаемости грунта и требуемого срока завершения интенсивной части осадки расстояние между дренами может меняться (2—4,5 м).

При проектировании земляного полотна с вертикальными дренами необходимое расстояние между ними определяется расчетом, исходя из заданного срока достижения интенсивной части осадки слабого грунта.

Для расчета оснований с вертикальными дренами необходимы следующие исходные данные:

• • результаты компрессионных и консолидационных испытаний грунтов слабой толщи;
• • расчетная мощность слабого слоя;
• • расчетные величины нагрузки и конечной осадки слабой толщи.

Требуемая степень консолидации слабого основания и срок ее достижения задаются с учетом капитальности дорожной одежды и установленного проектом организации строительства срока окончания отсыпки земляного полотна.

Для расчета основания с вертикальными дренами предварительно назначается расстояние между дренами. Далее проверяется правильность этого назначения. Степень консолидации основания с вертикальными дренами определяют по формуле.

где U_B — степень консолидации основания при вертикальной фильтрации воды из основания; U_r — то же при горизонтальной фильтрации воды (к дренам).

Величины U_B и^{устанавливают} по графикам (рис. 11.5).

Величину фактора времени, необходимую для определения /7_В, рассчитывают по формуле.

где С_в — коэффициент консолидации при вертикальной фильтрации; Яф — расчетный путь вертикальной фильтрации воды; Г_тр — требуемый срок консолидации.

Фактор времени, необходимый для определения U_r, определяют по формуле.

где С_г — коэффициент консолидации грунта при горизонтальной фильтрации; / — расстояние между дренами.

0,01 0,02 0,03 0,06 0,08 0,1 0,2 0,3 0,6 0,8 1.

Фактор времени Т_г

Рис. 11.5. Графики для определения степени консолидации грунта основания с вертикальными дренами:

а — при вертикальной фильтрации; б — при горизонтальной фильтрации (я = l/d, где / — расстояние между дренами, d — диаметр дрен) Если при назначенном расстоянии между дренами не может быть достигнуто требуемое сокращение срока консолидации, то шаг дрен уменьшают и расчет повторяют.

Плоские ленточные дрены — это полосы из геотекстиля с пластмассовым сердечником внутри шириной 10 см. Рассчитывают плоские дрены по приведенной выше методике. Шаг между дренами принимают, но расчету в зависимости от свойств слабого грунта и требуемого времени консолидации в пределах 1—2 м.